Protheses van de ledematen kunnen de levenskwaliteit van mensen die een ledemaat missen bij geboorte of na amputatie aanzienlijk verhogen. Verschillende dagelijkse handelingen kunnen dankzij de prothese weer worden opgepakt en uitgevoerd, denk bijvoorbeeld aan lopen bij een beenprothese en dingen oppakken bij een armprothese. Protheses worden al lange tijd ingezet en blijven doorontwikkeld worden om het vervangende ledemaat zo goed mogelijk te kunnen nabootsen. Een van de meer recente ontwikkelingen op het gebied van de protheses is de hersengestuurde armprothese. Deze kan worden bestuurd met de hersenen van de patiënt, zoals ook de eigen arm zou worden aangestuurd. Dit artikel gaat in op de technologie achter deze hersengestuurde protheses.
Bionische protheses
Deze hersengestuurde protheses worden ook wel bionische protheses genoemd, wat duidt op een vervanging of verbetering van een lichaamsdeel waarbij het doel is om een natuurlijk uiterlijk en een natuurlijk functioneren te behalen. De bionische armprothese kan worden bestuurd doordat deze signalen van de overgebleven spieren van de gebruiker kan oppikken. Om te zorgen dat deze signalen kunnen worden opgepikt wordt een Targeted Muscle Reinnervation-operatie (TMR) uitgevoerd. Dit wordt gedaan bij mensen met een hoge arm amputatie.
TMR: Targeted Muscle Reinnervation
Een TMR-operatie is een ingewikkelde operatie waarbij zenuwen die vóór de amputatie de hand, pols, arm en elleboog innerveerde worden aangesloten op aangrenzende spieren die nog intact zijn. Op deze manier wordt het elektrische signaal in deze spieren, gegenereerd door de zenuwen, drastisch versterkt. Deze signalen kunnen dan vervolgens door de prothese worden opgevangen. De prothese zal dan afhankelijk van de signalen die hij heeft ontvangen bepaalde bewegingen van de prothese tot stand brengen. Wil de gebruiker graag de elleboog strekken dan stuurt hij met zijn hersenen de spiergroep die dit kan doen aan, waarna de prothese deze signalen opvangt en voor deze strekking zal zorgen. De technologie die in de prothese zit verwerkt en deze beweging mogelijk maakt is elektromyografie, waarbij EMG-elektrodes de signalen van de spieren opvangen.
TMR kan ook worden ingezet bij pijn na een amputatie. Als er bij een amputatie zenuwen worden beschadigd kunnen de signalen van de zenuwen nergens naartoe. De desbetreffende zenuw blijft groeien om te proberen een connectie te vormen. Als dit niet lukt kan de zenuw uitgroeien tot een neuroom. Ook kan de zenuw voor zijn gevoel nog wel een connectie hebben met het geamputeerde lichaamsdeel terwijl dit eigenlijk niet zo is, wat leidt tot fantoompijn. Bij een TMR-operatie om de pijn te behandelen wordt de desbetreffende zenuw verbonden aan een dichtbijgelegen zenuw en de spiergroep die deze zenuw innerveert. Zo kan de zenuw zijn signalen weer ergens aan overdragen en zal er een minder grote kans zijn dat deze pijn ontstaat.
Elektromyografie (EMG)
De versterkte signalen die spieren afgeven worden door de prothese opgevangen middels elektromyografie (EMG). Met EMG kan de elektrische activiteit van skeletspieren worden opgevangen en gemeten. Zenuwen en spieren worden geïnnerveerd middels elektrische signalen. Informatie vanuit de hersenen wordt zo over de zenuwen getransporteerd als een serie van elektrische ontladingen in een repeterende, pulserende frequentie van een tot wel honderd pulsaties per seconde. De elektromyografie elektrodes kunnen deze elektrische ontladingen vervolgens detecteren. Zodra een contractie van een spier wordt versterkt zullen er steeds meer spiervezels actiepotentialen genereren tot aan een volledige contractie.
De huidige myo-elektrische arm protheses hebben drie graden van bewegingsvrijheid. Er is flexie en extensie van de elleboog mogelijk, de pols kan naar binnen en buiten worden gedraaid (endo- en exorotatie), en de hand kan worden geopend en gesloten. Deze bewegingen kunnen een voor een, niet tegelijk, worden gecontroleerd met de elektrische signalen van een of twee spierlocaties, ook wel de EMG-sites genoemd, die worden verkregen door middel van de eerder besproken TMR-operatie.
Wanneer de aanspanning van de spier laag is zal de prothese langzaam bewegen, en bij een hogere aanspanning zal de prothese sneller bewegen. Zo kan de gebruiker bijvoorbeeld makkelijker kleine en breekbare objecten oppakken.
Gebruik
Om in aanmerking te komen voor een hersengestuurde armprothese moet de patiënt genoeg functionerende bovenarm spieren hebben om signalen te kunnen genereren die beweging initiëren.
De prothese kan makkelijk aan en uit worden gedaan en heeft aan verstelbare dynamische hoes die om de stomp gaat voor comfort. Meestal kan de prothese binnen tien minuten door de patiënt worden gebruikt en bestuurd. Soms vergt het echter iets meer revalidatie om de desbetreffende spiergroepen te versterken.
